京大等三家開(kāi)發(fā)成功SiC外延膜量產(chǎn)技術(shù)

   京都大學(xué)、東京電子、羅姆等宣布，使用“量產(chǎn)型SiC（碳化硅）外延膜生長(cháng)試制裝置”，確立對SiC晶圓進(jìn)行大批量統一處理的技術(shù)已經(jīng)有了眉目。由此具備耐高溫、耐高壓、低損耗、大電流及高導熱系數等特征的功率半導體朝著(zhù)實(shí)用化邁出了一大步。目前，三家已經(jīng)開(kāi)始使用該裝置進(jìn)行功率半導體的試制，面向混合動(dòng)力車(chē)的馬達控制用半導體等環(huán)境惡劣但需要高可靠度的用途，“各廠(chǎng)商供應工程樣品，并獲得了好評”。 

    此次開(kāi)發(fā)的是SiC外延生長(cháng)薄膜的量產(chǎn)技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)，是把市售的直徑為3英寸、厚度為1cm左右的SiC底板削薄后，在上面形成具有高均勻度的SiC外延生長(cháng)薄膜，再實(shí)施氮（N）摻雜。通過(guò)在300mm晶圓制造裝置內排列多個(gè)3～4英寸的SiC晶圓，進(jìn)行統一處理，還可實(shí)現量產(chǎn)?！巴ㄟ^(guò)利用東京電子的仿真系統，分析1600～1700℃的高溫下氣體的流動(dòng)狀況并進(jìn)行控制，能夠實(shí)現SiC膜均勻成形技術(shù)”。 

    SiC底板的切割方面，三家以與結晶面成4度的角度切割SiC底板，形成高品質(zhì)薄膜。過(guò)去，以8度的角度切割底板較為常見(jiàn)，以更小的角度進(jìn)行切割時(shí)，“極難形成均勻的膜”（京都大學(xué)工學(xué)研究系電子工學(xué)專(zhuān)業(yè)教授木本恒暢），此次這一問(wèn)題得到了克服。這樣，在使用6英寸等更大的晶圓時(shí)，可以從昂貴的底板上切割出更多的晶圓。 

    雖然形成有SiC外延生長(cháng)膜的SiC晶圓可以買(mǎi)到，但是由于“供貨商只有一家美國風(fēng)險公司，品質(zhì)上也存在質(zhì)量不均勻問(wèn)題”，因此三家決定自行開(kāi)發(fā)。 

    200℃高溫下漏電流仍然較小 

    使用上述晶圓開(kāi)發(fā)半導體元件的業(yè)務(wù)主要由羅姆負責（參閱本站報道）。目前試制完成的有SiC肖特基勢壘二極管（SBD）、SiCDMOSFET，以及由二者組成的SiC逆變器模塊等。SiCSBD與以往使用Si的高速二極管相比，擁有即使在200℃的高溫下也很少發(fā)生熱失控和漏電流增大現象，且半導體芯片面積較小的特點(diǎn)?！癝iC元件能夠以5mm見(jiàn)方的芯片處理100～200A的大電流。Si是做不到的”（羅姆研究開(kāi)發(fā)本部長(cháng)高須秀視）。 

    SiCDMOSFET也具有在200℃以上的溫度下漏電流小，正向電阻的溫度依賴(lài)性小等特點(diǎn)。SiDMOS則存在著(zhù)在150℃以上的溫度下漏電流激增，正向電阻隨溫度升高增大的問(wèn)題。 

    另外，SiC逆變器模塊與使用Si芯片的模塊相比，芯片面積僅為后者的1/6，放熱也僅為后者的1/2。因此可以大幅度縮小使用Si芯片所需的大型散熱片，或是驅動(dòng)更大的馬達。